CC BY
34
УДК 631.331
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОШНИКА С БОРОЗДООБРАЗУЮЩИМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ
Н. П. Ларюшин, доктор техн. наук, профессор; А. В. Мачнев, канд. техн. наук,
доцент; В. В. Шумаев, аспирант
ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА», т. 8 (412) 628-517
В статье приведены результаты теоретических исследований по определению тягового сопротивления сошника сеялки-культиватора с бороздообразующим рабочим органом и его основных конструктивных параметров. При разработке рабочих органов посевной техники с целью эффективного производства и правильной эксплуатации агрегатов, необходимо теоретически обосновать основные параметры разрабатываемых рабочих органов, так как при их эксплуатации в различных зонах страны физические и технологические свойства почв существенно варьируют.
Ключевые слова: тяговое сопротивление, рыхлительный зуб, лаповый сошник, глубина посева, зона деформации.
С целью снижения тягового сопротивления посевной техники отечественными и зарубежными учеными было создано большое количество сошников и приспособлений к ним. В свою очередь анализ качественных и количественных показателей их работы позволяет утверждать, что большое разнообразие их конструкций является не показателем совершенства, а, наоборот, результатом недостаточной полноты их изучения. Следовательно, работа, проводимая в направлении снижения тягового сопротивления посевной техники, по-прежнему остаётся актуальной.
Нами предлагается конструкция сошника сеялки-культиватора с бороздообра-зующим рабочим органом (патент РФ № 2368114), содержащего стойку 3 с рых-лительным зубом 1, семятукопровод 4 и стрельчатую лапу 8 (рис. 1). Рыхлительный зуб 1 закреплён впереди носка стрельчатой лапы 8 сошника с помощью кронштейна 2, установленного на стойке 3 сошника, причём плоскости резания рых-лительного зуба 1 и стрельчатой лапы 8 совпадают. Стрельчатая лапа 8 сошника крепится к основанию стойки 3 сошника посредством болта крепления 7 и подошвы 6, в задней части которой закреплён распределитель семян 5. Две боковых и одна задняя поверхности распределителя 5 выполнены в виде полинома пятой степени. Ребро, образованное боковыми поверхностями распределителя семян, выполнено с радиусом скругления для уменьшения травмируемости семян.
При теоретическом обосновании конструктивно-режимных параметров сошника сеялки-культиватора с бороздообразующим рабочим органом рассмотрим влияние толщины бороздообразующего рабочего орга-
на, зоны деформации рыхлительным зубом и расстояния от носка рыхлительного зуба до носка стрельчатой лапы сошника на величину тягового сопротивления сошника.
3
Рис. 1. Сошник сеялки-культиватора с бороздообразующим рабочим органом: 1 -рыхлительный зуб; 2 - кронштейн; 3 - стойка; 4 - семяпровод; 5 - распределитель семян; 6 - подошва; 7 - болт крепления; 8 - стрельчатая лапа
При резании связанных и пластичных грунтов перед режущим профилем образуется уплотненное ядро из почвы и дальнейшее резание осуществляется не лезвием, а этим ядром.
Необходимая ширина лезвия определяется хордой йе=8, которая равна
8 = 2-г-вт ф, (1)
где г - радиус кривизны лезвия рыхли-тельного зуба, м; ф - угол трения почвы по стали,град.
Рис. 2. Элементы лезвия бороздообразующего рабочего органа: 1 - лезвие; 2 - фаска; 3 - остов
Рассматривая рис. 2, можно утверждать, что ширина бороздообразующего рабочего органа будет составлять
b = 2(r ■ sin у + 1Л sin y ) ,
где 2ji - угол раствора рыхлительного зуба, град.
При движении бороздообразующего рабочего органа на некоторой глубине, скалывание почвы будет происходить по направлению действия равнодействующей силы R, расположенной под углом (&+Ф), то есть по направлению nm (рис. 3) зоны деформации.
Рис. 3. Схема к определению зоны деформации почвы бороздообразующим рабочим органом
Зависимость величины зоны распространения деформации от величины ядра уплотнения почвы на бороздообразующем рабочем органе:
2 , в 2a • tg 2
Ьдн=-+ 2r • sm^ + 2ln sin г, (3)
cos ( +ф)
где & - угол деформации почвы бороздообразующего рабочего органа, град;
a - глубина обработки почвы, м;
Z1- угол входа лапы в почву, град;
1л - длина лезвия, м.
В процессе работы сошника, состоящего из стрельчатой лапы и рыхлительного зуба, его лапа быстро затупляется, при этом носок лапы закрывается шириной b. При движении лапы на глубине а скалывание почвы будет происходить по направлению действия равнодействующей лапы Ял, которая расположена под углом (Z2+ ф2) (рис. 4), где Z2 - угол входа лапы в почву, ф2 - угол трения почвы по лезвию лапы.
4
R К/7 N 1 Kb. # V- р ^
у # V '.. ^ «а' VÍ^ .'.I • •
(г п
Рис. 4. Схема к определению расстояния от носка рыхлительного зуба до носка лапы
Впереди лапы устанавливается рыхли-тельный зуб, поэтому, чтобы исключить влияние деформации почвы от лапы на рых-лительный зуб, горизонтальное расстояние между ними должно соответствовать отрезку тр. Следовательно, горизонтальное расстояние 1г между носком лапы и рыхли-тельного зуба должно удовлетворять условию
1г < 1ь+тр, (4)
где 1ь - вылет носка рыхлительного зуба, м.
Максимальное горизонтальное расстояние между носком лапы и носком рыхлительного зуба определится из выражения
(С2+92)]. (5)
Для определения тягового сопротивления сошника с бороздообразующим рабочим органом рассмотрим его работу, при условии, что сошник движется равномерно, на постоянной глубине и в однородной среде, причем сопротивлением воздуха пренебрегаем из-за его малой величины.
Общую величину тягового сопротивления сошника ЯХс можно представить как сум-
(2)
Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 59
му тяговых сопротивлений рыхлительного зуба и лапового сошника, то есть:
Яхс=Яхз+Яхлс, (6)
где ЯХз, ЯХлс - тяговые сопротивления рыхлительного зуба и стрельчатой лапы, Н.
В этом выражении вторая составляющая ЯХлс представляет собой
Яхлс= Яхл -к-Яхл= Яхл-(1-к), (7)
где ЯХл - тяговое сопротивление стрельчатой лапы, Н;
к - коэффициент, зависящий от величины деформированной рыхлительным зубом почвы.
Коэффициент к зависит от площади зоны деформации почвы в поперечно-вертикальной плоскости рыхлительным зубом и лапой, он определяется по выражению
(ЬдН + Ь) • а
к = Л-
ЬД.Н + b
2■ЬЛ ■а 2■ЬЛ
(8)
где Бз, 8л - площадь зоны деформации рыхлительным зубом и лапой в поперечно-вертикальной плоскости, м2;
Ьл - ширина захвата стрельчатой лапы, м.
Следует отметить, что каждая рабочая поверхность рыхлительного зуба и стрельчатой лапы представляет собой трехгранный клин с углами, характеризующими установку рабочей поверхности рыхлительного зуба а1, у1 и плоскорежущей лапы а2, у2. Поэтому в дальнейшем будем производить теоретические расчёты, в основе которых лежит теория трёхгранного клина В. П. Горячкина и его последователей.
Тяговое сопротивление ЯХз рыхлительного зуба бороздообразующего рабочего органа сошника будет складываться из составляющих:
= ^ 1 " " ~ (9)
где Дщ, - тяговые сопро-
тивления рыхлительного зуба в зависимости от веса пласта, динамического давления пласта, сопротивления почвы сжатию затылком затупившегося лезвия, сопротивления почвы деформации, Н.
По аналогии с выражением (9) тяговое сопротивление стрельчатой лапы будет равно:
Дь = 2 ■ + й^ + + Ях^),(Ю)
гДе К-Хлр, " тяговые сопро-
тивления стрельчатой лапы, зависящие от веса пласта почвы, динамического давления пласта, сопротивления почвы сжатию затылком затупившегося лезвия, сопротивления почвы деформации, Н.
Величина слагающей тягового сопротивления рыхлительного зуба, зависящая от веса пласта
" ^ ■ " ■ -г ■
х sin íi+/' -sin 'fj -(cfati2 +с os 2'СОё íiíl-/"«tan где ja - длина лезвия рабочего органа на заданной глубине, м.;
Yes - объёмный вес почвы, Н/м3; f - коэффициент трения почвы по стали. Тяговое сопротивление рыхлительного зуба, зависящее от динамического давления пласта:
sin +/' -sin "íafmt2 Ki+с ОБ íi'', (12) itan -sin^
где v - скорость движения сошника сеялки-культиватора, м/с;
b - ширина пласта, м; g - ускорение свободного падения, м/с2. Для определения сопротивления почвы деформации рыхлительным зубом предположим, что данная сила пропорциональна площади поперечного сечения пласта:
= • - ■.-. (13)
где к - коэффициент, учитывающий свойства почвы и геометрическую форму зуба;
р- угол трения почвы по рыхлительно-му зубу, град.
Сопротивление рыхлительного зуба, зависящее от сопротивления почвы сжатию затылком затупившегося лезвия
sin + ft/ictanE + fig.? с os fig¡ —/ -ain Pa/aiit fig.
(14)
где Л1 - коэффициент, учитывающий давление машины на рыхлительный зуб; /л3 - затылочный угол, град. Таким образом, тяговое сопротивление бороздообразующего рабочего органа сошника сеялки-культиватора можно представить как
X--1_
IVDB^EL-/"ftttt fS ■iítt
Jin^f 'Sitiiv{tfav? YÍ+C.) r.fríi-vt í-^—f -ч^г?^
+ к■ к■ (вт.ф!т + Ед пЫ.уз) ■+
X
X
■ :< ¿iri r- x x sta Рз.+/"Yi.+Ез-'ч (15)
COS fig. —/1 SiiL fi
Производя аналогичные выкладки с параметрами стрельчатой лапы, учитывая, что угол трения почвы по рыхлительному зубу Ф равен углу трения почвы по стрельчатой лапе и их затылочные углы равны, можно получить зависимость, позволяющую оценить тяговое сопротивление стрельчатой лапы, которая имеет вид:
sin +f -jiit Ka'i1 ^яи2 Yz + eaatuJ Ztxafz Cl—/-fen ia-atn yaJ
+K U-V* 1 1S
s&ti +/ 'ji'K. y a
aitt fe+f-ain Yz '{atav?
«S Fi—f-aiti Кг "fit* fis
где b2 - ширина пласта, м;
l2a - длина лезвия рабочего органа на заданной глубине, м;
Ç2 - угол крошения стрельчатой лапы, град;
Y2 - угол раствора крыльев стрельчатой лапы, град;
к2 - коэффициент, учитывающий свойства почвы и геометрическую форму лапы;
22 - коэффициент, учитывающий давление машины на стрельчатую лапу.
Расчетами установлено, что применение сошника сеялки-культиватора с рыхли-тельным зубом шириной 0,02 м, установленном на расстоянии от носка стрельчатой лапы до носка рыхлительного зуба 0,07 м и глубине обработки 0,06 м позволит снизить тяговое сопротивление сошника с 1,18 до 1,13 кН.
Литература
1. Синеоков, Г. Н. Теория и расчёт почвообрабатывающих машин / Г. Н. Синеоков, И. М. Панов. - М.: Машиностроение, 1977. -328 с.
2. Старцев, И. В. Графоаналитический расчёт эксплуатационных показателей пахотных агрегатов / И. В. Старцев, Д. Г. Гор-бань, Д. И. Лысенков // Вестник СГАУ. -№ 1. - 2006. - С. 49-50.
3. Ларюшин, Н. П. Посевная машина для подпочвенно-разбросного посева зерновых культур / Н. П. Ларюшин, А. Н. Золотухин // Нива Поволжья. - № 2. -2008. - С. 43.
4. Ильин, С. Г. Разработка и внедрение энергосберегающих технологий возделывания яровой пшеницы в условиях Юго-востока Западной Сибири / С. Г. Ильин // Аграрный вестник Урала. - № 4. - 2008. -С. 64.
Нива Поволжья № 1 (14) февраль 2010 61
